Сейчас в Арктике:
Арктическая зима

Популярная геокриология

Популярная геокриология
19 Февраля, 2018, 13:21
Комментарии
Поделиться в соцсетях

Земля – довольно холодная планета, её средняя температура – около +15°С. У неё есть криосфера – оболочка Земли с температурой ниже 0°С, где вода существует в виде льда или снега, а также вечной мерзлоты. Слой льда и вечной мерзлоты достигает глубины 4 км в Антарктиде и 1.5 км в Арктике. Площадь, занятая вечной мерзлотой, составляет 25% суши северного полушария и около 65% территории России. В область её распространения  включаются Антарктида, высокогорье Южной Америки и Африки. Австралия является единственным континентом, где нет мерзлоты. Область науки, изучающая вечную мерзлоту, называется геокриологией. Основатель геокриологии Михаил Иванович Сумгин (1873—1942) определял её как учение о веч­ной мерзлоте и мёрзлых грунтах, но понимал при этом слово «вечная» - как длящаяся века.

Михаил Иванович Сумгин 

В Западной Сибири, Колымской низменности и в других местах подземные льды составляют 50-70% объёма горных пород верхнего горизонта. Протаивание этих льдов привело бы к опусканию поверхности ниже уровня моря. Известный исследователь Арктики Н.Н. Зубов писал: «Вдоль всего берега тянулись обвалы... ископаемого льда белоснежного цвета».  В 1936 г. в море Лаптевых растаял остров Васильевский длиной 7 км, на месте которого сейчас подводная отмель. Не исключено, что таинственную Землю Санникова постигла та же участь.

Криосфера – не уникальное, характерное только для Земли явление. Она существует и на планетах солнечной системы, а также других небесных телах повсюду во Вселенной. Криосфера оказывает влияние на климат, водный баланс растительность и животный мир Земли. Криосфера обладает значительными ресурсами – минеральным сырьём, углеводородами, запасами пресной воды, собственной биосферой. Возникновение человека и развитие цивилизации в значительной мере определяется динамикой криосферы. В определённой степени остаётся загадкой, почему родиной человечества стали холодные ландшафты вблизи ледников. В 1910 г. в Санкт-Петербурге вышла книга Е. Елачина «Крайний Север как родина человечества», а в 1983 г. ректор Бостонского университета В. Уорнер представил монографию с названием «Найденный рай, или Колыбель человека на Северном полюсе».

Представления о северном рае человечества воплотились в множестве картин

Большинство государств и практически все промышленно-развитые страны хотя бы периодически (в зимний период) оказываются в зоне воздействия криосферы. В то же время шесть тысячелетий цивилизации совпадают с самым тёплым периодом за последние сто тыс. лет. Однако экстраполяция климатических кривых показывает, что, возможно, через четыре тысячи лет наступит похолодание, а значительное понижение температуры – через 20 тысяч лет.

Криосфера – результат главным образом внешних, космических причин, по сути, недостатка тепла, приходящего к Земле от Солнца. Считается, что астрономические периоды, так называемые циклы Миланковича, – изменения эксцентриситета земной орбиты, изменения наклона эклиптики и прецессии – являются причиной похолоданий и потеплений. Приливные воздействия планет и Солнца формируют общий цикл Солнечной системы примерно в 180 лет. Известны более короткие колебания – например, одиннадцатилетний цикл солнечной активности. Периоды оледенения могли быть вызваны прохождением Солнечной системы через спиральные рукава Галактики с меняющейся плотностью и сложной структурой. Около семидесяти миллионов лет назад Солнце вошло в спиральный рукав Стрельца, и глобальная температура на нашей планете снизилась на 8 градусов. Очевидна связь климатов и с тектонической активностью, однако её механизмы мало изучены.

Сегодняшняя климатическая обстановка является межледниковьем, которое, правда, не является типичным: обычно оно бывало значительно холоднее. Около тысячи лет назад, в период потепления, викинги поселились на острове Гренландия, где было много зелёной травы ("green" - зелёный), а винные виноградники росли в Англии и на атлантическом побережье Канады. Норвежское мореплавание и колонизация вокруг Северной Атлантики в конце IX столетия также используется как доказательство, что глобальный климат был теплее, чем сегодня. Но ещё через пятьсот лет, около 1450 года, наступил так называемый "Малый Ледниковый период", когда стали расти горные ледники, зерновые культуры не давали урожаев, а люди голодали.

Изменение массы льда в современной Гренландии

Многочисленные и часто угрожающие оценки будущих изменений климата и их последствий, распространившиеся в последнее время, несомненно, требуют пристального рассмотрения. Если бы наша атмосфера не содержала углекислого газа и других парниковых газов – это установил более ста лет назад ещё Аррениус – температура Земли составляла бы около минус18°С, как в Антарктиде, и планета была бы покрыта льдом. Таким образом, неконтролируемые и безответственные выбросы углекислого газа в атмосферу за счёт сжигания ископаемого топлива не могут оставаться без внимания. Современные климатические прогнозы основываются на компьютерном моделировании. Расчёты показывают, что нагревание из-за парникового эффекта доминирует над другими важными факторами. Эти факторы включают действие пылевых частиц от вулканических извержений и от сжигания топлива, которые отражают солнечный свет, и естественные изменения климата.  В северных районах работают около 40 метеостанций и более 10 геокриологических стационаров, ряды метеорологических наблюдений охватывают 180 лет, а геокриологических – 30-35 лет. При этом установлено, что среднегодовая глобальная температура Земли за 170 лет повысилась на 0.8°С.

Мы являемся свидетелями значительных современных преобразований геологической среды, в том числе мёрзлых толщ, обусловленных глобальным изменением климата, влиянием хозяйственной деятельности человека и природными процессами. Во многих регионах в последние десятилетия наблюдается повышение температур воздуха, сокращение размеров ледников, снежного и морского ледового покрова, области распространения вечной мерзлоты. На равнинах умеренной зоны Северного полушария в связи с деградацией мерзлоты термокарстовым процессом охвачено до 20-30%, на субарктических приморских равнинах – до 70% и более территории с льдистой мерзлотой. Отмечено повышение температуры грунтов в различных ландшафтных условиях в Якутии, на территории Западной Сибири, в частности – Уренгойского, Медвежьего и Бованенковского газовых месторождений, при этом повышение температуры многолетнемёрзлых пород происходит неравномерно как во времени, так и в пространстве. Установлено, что на побережье моря Лаптевых произошло существенное ускорение темпов отступания берегов. Следует отметить, что, к сожалению, наши данные пока ограничены и необходимо резкое развитие системы мониторинга: по сути дела, мы плохо понимаем, что происходит с мерзлотой.

Мерзлота "играет" рельсами

Инженерная геокриология представляет собой раздел практической геокриологии и занята инженерно-геологическим обеспечением проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений в криолитозоне для обоснования и выбора надёжных и экономичных способов хозяйственного освоения территорий. По этому направлению Институтом Мерзлотоведения им. П.И. Мельникова РАН составлена цифровая инженерно-геологическая карта на территорию Якутии масштаба 1:2 500000 с базой данных по физико-механическим свойствам грунтов, а также карта России Министерства природных ресурсов того же масштаба. Исследованы мерзлотные условия ряда новых районов добычи углеводородов.

Две трети территории России находятся в зоне многолетней мерзлоты, и в летний период оттаивающий слой обеспечивает биологическую активность на огромных пространствах. Возможное протаивание может вызвать многочисленные деформации сооружений: магистральных нефте- и газопроводов, гидроэлектростанций, городов и посёлков, автомобильных и железных дорог, аэродромов и портов. Поэтому так важен прогноз последствий потепления.

Распределение многолетней мерзлоты в Российской Федерации

К сожалению, обследования состояния зданий и сооружений в городах и посёлках в Арктике показывают, что число деформированных объектов составляет 25-50% от общего их числа, например, в Амдерме – около 40%, на Диксоне – 33%, в Тикси – 22%, в Певеке – 50%. В Норильском районе за последние 10 лет снесено 300 зданий, а в советское время Норильск был образцом в свайном строительстве. Можно себе представить общие экономические потери по одному примеру: в Газпроме тратится ежегодно более 55 млрд. рублей на восстановление горизонтального положения газопроводов. В результате обследования около 200 зданий и сооружений в Арктике установлено, что непосредственной и часто встречающейся причиной деформаций является изменение температурного режима при строительстве, преимущественно из-за теплового влияния зданий. В п. Диксон затраты на восстановление деформирующихся зданий достигали 25% и более от их балансовой стоимости. В то же время некоторые подсчёты на примерах Амдермы и Якутска показали, что расходы на содержание мерзлотной службы в 24 раза меньше, чем затраты на ликвидацию последствий деформаций зданий.

Данные о глобальных изменениях природы Земли, включая великие оледенения и межледниковья прошлого, создают научную основу для оценки вероятности нового оледенения или тёплого интергляциала, связанного с деятельностью человека. В перспективе важно создание геокриологической геоинформационной системы России – в развитие существующей, созданной на кафедре геокриологии МГУ Геокриологической карты 1:2 500 000.

Сегодня очевидны успехи биологических наук – это одно из наиболее перспективных направлений. Микроорганизмы, а также некоторые насекомые и отдельные человеческие клетки могут долгое время сохраняться при низких температурах. Как долго – неизвестно; описаны находки микробов в многолетнемёрзлых породах, возраст которых – более трёх миллионов лет. В печати время от времени появляются публикации (правда, малодостоверные) об оживании замороженных рыб и млекопитающих. Вероятно, микроорганизмы могут существовать в космосе, так что возможен их межзвёздный перенос. Теория заселения Земли организмами с других миров, доставленными оттуда замороженными, на самом деле не более фантастична, чем возникновение жизни на самой Земле: появляется всё больше свидетельств необыкновенной сложности устройства жизни, невероятной краткости периода, в течение которого она была неизвестна на планете. Удивительная выживаемость бактерий в течение длительного времени в мерзлоте, температуры которой, как правило, недостаточно низки для замораживания клеток, представляет загадку и огромный интерес для биотехнологий: их способ защиты, возможно, поможет продлить и жизнь человека.

В России всестороннее образование в этой области можно получить в МГУ им. М.В. Ломоносова, где более 60 лет существует кафедра геокриологии на геологическом факультете. Кафедра имеет научные связи со многими научными учреждениями в стране и в мире.

 Фото из Музея вечной мерзлоты в Игарке

Автор: Анатолий Викторович Брушков, доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Комментарии